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Marcel Orson

3/1/2024

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA
E INDUSTRIAL

MAESTRÍA EN SEGURIDAD E HIGIENE INDUSTRIAL Y
AMBIENTAL

Tema: “SISTEMA DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A ESCALA LABORATORIO
Y SU EFICIENCIA EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PROVENIENTES DEL PROCESO DE PREPARACIÓN DE PEGA PARA LA
ELABORACIÓN DE ZAPATOS DE CUERO”

Trabajo de Investigación, previo a la obtención del Grado Académico de Magister
en Seguridad e Higiene Industrial y Ambiental

Autora: Ing. Leticia Alejandra Jordán Santamaría
Director: Ing. Edisson Patricio Jordán Hidalgo, Mg.

Ambato – Ecuador
2018

ii
A la unidad Académica de Titulación de la Facultad de Ingeniería en Sistemas
Electrónica e Industrial.

El tribunal receptor del trabajo de Investigación presidido por Ingeniera Elsa Pilar
Urrutia Urrutia Mg., e integrado por los Señores Ingeniero Andrés Gonzalo Cabrera
Acosta Mg., Ingeniero Franklin Geovanny Tigre Ortega Mg., Ingeniero Víctor
Rodrigo Espín Guerrero Mg., miembros del tribunal designado por la Unidad
Académica de Titulación de la Universidad Técnica de Ambato, para receptar el
trabajo de Investigación con el tema “SISTEMA DE COAGULACIÓN-
FLOCULACIÓN A ESCALA LABORATORIO Y SU EFICIENCIA EN EL
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROVENIENTES DEL
PROCESO DE PREPARACIÓN DE PEGA PARA LA ELABORACIÓN DE
ZAPATOS DE CUERO”, elaborado y presentado por la Señora Ing. Leticia
Alejandra Jordán Santamaría, para optar por el grado académico de Magister en
Seguridad e Higiene Industrial y Ambiental; una vez escuchada la defensa oral del
Trabajo de Investigación el tribunal aprueba y remite el trabajo para uso y custodia
en las bibliotecas de la UTA.

Ing. Elsa Pilar Urrutia Mg.
Presidente del Tribunal

Ing. Andrés Gonzalo Cabrera Acosta Mg.
Miembro del Tribunal

Ing. Franklin Geovanny Tigre Ortega Mg.
Miembro del Tribunal

Ing. Víctor Rodrigo Espín Guerrero Mg.
Miembro del Tribunal
iii
AUTORÍA DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

La responsabilidad de las opiniones, comentarios y críticas emitidas en el Trabajo
de Investigación presentado con el tema: “Sistema de coagulación -floculación a
escala laboratorio y su eficiencia en el tratamiento de aguas residuales provenientes
del proceso de preparación de pega para la elaboración de zapatos de cuero”, le
corresponde exclusivamente a: Ingeniera Leticia Alejandra Jordán Santamaría,
Autor bajo la dirección del Ingeniero Edisson Patricio Jordán Hidalgo, Director del
Trabajo de Investigación; y el patrimonio intelectual a la Universidad Técnica de
Ambato.

Ing. Leticia Alejandra Jordán Santamaría
cc. 1803870458
AUTOR

Ing. Edisson Patricio Jordán Hidalgo
cc. 1801792845
DIRECTOR

iv
DERECHOS DE AUTOR

Autorizo a la Universidad Técnica de Ambato, para que el Trabajo de Investigación
sirva como un documento disponible para su lectura, consulta y procesos de
investigación, según las normas de la Institución.

Cedo los derechos de mi trabajo, con fines de difusión pública, además apruebo la
reproducción de este, dentro de las regulaciones de la Universidad.

Ing. Leticia Alejandra Jordán Santamaría
cc. 1803870458

ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDOS

PORTADA…………………………………………………………………………i
A LA UNIDAD ACADÉMICA DE TITULACIÓN ……………………………..ii
AUTORÍA DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN …………………………....iii
DERECHOS DE AUTOR ………………………………………………………..iv
ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDOS ………………………………………..v
AGRADECIMIENTO ………………………………………...........................xiii
DEDICATORIA ………………………………………………………………xiii
RESUMEN EJECUTIVO ……………………………………………………......xv
EXCECUTIVE SUMMARY ……………………………………………………xvi
INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………1

CAPÍTULO I 3
EL PROBLEMA 3
1.1 Tema de Investigación .............................................................................. 3
1.2 Planteamiento del Problema ..................................................................... 3
1.2.1 Contextualización 3
1.2.2 Diagrama Causa – Efecto 6
1.2.3 Análisis Critico 7
1.2.4 Prognosis 8
1.2.5 Formulación del Problema 9
1.2.6 Interrogantes 9
1.2.7 Delimitación del objetivo de investigación 10
1.3 Justificación ............................................................................................ 10
1.4 Objetivos ................................................................................................. 12
1.4.1 General 12
1.4.2 Específicos 12
CAPÍTULO II 13
MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 13
vi
2.1 Antecedentes investigativos ................................................................... 13
2.2 Fundamentación filosófica ..................................................................... 16
2.3 Fundamentación Legal ........................................................................... 16
2.4 Categorías Fundamentales ...................................................................... 20
2.4.1 Red de inclusiones conceptuales 20
2.4.2 Marco conceptual variable independiente 23
Marco conceptual variable dependiente 30
2.5 Hipótesis ................................................................................................. 36
2.6 Señalamiento de variables de la hipótesis .............................................. 36
CAPÍTULO III 37
METODOLOGÍA ............................................................................................ 37
3.1 Enfoque ................................................................................................... 37
3.2 Modalidad básica de la investigación ..................................................... 37
3.3 Nivel o tipo de investigación .................................................................. 38
3.4 Población y Muestra ............................................................................... 38
3.4.1 Población y muestra para el personal que interviene en el proceso
38
3.5 Operacionalización de variables ............................................................. 39
3.6 Plan de recolección de información........................................................ 41
3.6.1 Técnicas e instrumentos 42
3.6.2 Validez y confiabilidad 42
3.7 Plan de procesamiento de la información ............................................... 42
3.8 Análisis y procesamiento de la información........................................... 43
3.9 Análisis e interpretación de resultados ................................................... 43
CAPÍTULO IV 44
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ............................ 44
4.1 Análisis e interpretación de resultados ................................................... 46
vii
4.1.1 Análisis de la encuesta realizada al personal del área de preparación
de pega en la sección Montaje de la Planta Calzado Escolar, de la Empresa
Plasticaucho Industrial. 46
La encuesta se realizó según el formato descrito en el Anexo 1. 46
4.1.2 Información de producción de aguas residuales del proceso de
elaboración de pega 56
Caracterización de la muestra 58
4.1.3 Estrategia de muestreo 67
4.1.4 Análisis de Jarras (Prueba de Jarras) 69
4.2 Verificación de la hipótesis .................................................................... 79
CAPÍTULO V 83
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 83
5.1 Conclusiones ................................................................................................ 83
5.2 Recomendaciones .........................................................................................
84
CAPÍTULO VI 85
PROPUESTA ................................................................................................... 85
6.1 Datos informativos ................................................................................. 85
6.2 Antecedentes de la propuesta ................................................................. 85
6.3 Justificación ............................................................................................ 86
6.4 Objetivos ................................................................................................. 87
6.4.1 Objetivo General 87
6.4.2 Objetivo Específico 88
6.5 Análisis de factibilidad ........................................................................... 88
6.5.1 Política 88
6.5.1 Organizacional 88
6.5.2 Ambiental 89
6.5.4 Legal 89
6.6 Fundamentación Científico Técnica.......................................................... 89
6.7 Metodología, modelo operativo .............................................................. 89
viii
6.8 Diseño de la Planta de tratamiento de Aguas 90
MATERIALES DE REFERENCIA 122

ANEXOS ……………………………………………………………………..126
ANEXO 1. Instrumento para la encuesta ………………………………………127
ANEXO 2. Ficha de medición …………………………………………………128
ANEXO 3. Análisis de Laboratorio ……………………………………………129
ANEXO 4. Hojas de seguridad de la elaboración de pega …………………….130
ANEXO 5. Hojas técnicas de reactivos floculantes y coagulantes …………….131
ANEXO 6. Hojas de seguridad de reactivos floculantes y coagulantes ……….132
ANEXO 7. Layout de la Planta de producción …………………………………133

ix
ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Relación entre algunos constituyentes inorgánicos y el agua residual ... 34
Tabla 2. Operacionalización de variables - variable independiente: Sistema de
Coagulación-Floculación ...................................................................................... 39
Tabla 3. Operacionalización de variables – variable dependiente: Eficiencia en el
tratamiento de aguas residuales ............................................................................. 40
Tabla 4. Recolección de la Información................................................................ 41
Tabla 5. Tratamiento de aguas residuales ............................................................. 46
Tabla 6. Reutilización del agua residual ............................................................... 47
Tabla 7. Evacuación del agua a la alcantarilla ...................................................... 48
Tabla 8. Eventos de derrame de agua residual ...................................................... 49
Tabla 9. Tratamiento del agua residual ................................................................. 50
Tabla 10. Costo por kilogramo de agua tratada .................................................... 51
Tabla 11. Kilogramos de agua residual producida ................................................ 52
Tabla 12. Costo del tratamiento actual del agua residual ...................................... 53
Tabla 13. Beneficio de una planta de tratamiento de agua.................................... 54
Tabla 14. Ahorro económico con el sistema de tratamiento de agua residual. .... 55
Tabla 15. Índice de producción mensual de agua residual en el área de preparación
de pega................................................................................................................... 56
Tabla 16. Resultado de la caracterización de la muestra ....................................... 60
Tabla 17. Valores iniciales de pH y Turbidez del agua residual del proceso de
elaboración de pega ............................................................................................... 62
Tabla 18. Equipos, reactivos y materiales usados en el ensayo ............................ 69
Tabla 19. Reactivos usados en el ensayo .............................................................. 69
Tabla 20. Equipo usado en el ensayo .................................................................... 70
Tabla 21. Índice de Willcomb ............................................................................... 71
Tabla 22. Medida de pH y Turbidez en muestra inicial ........................................ 73
Tabla 23. Resultados del ensayo de concentración ideal de Coagulante .............. 74
Tabla 24. Dosis óptima de coagulante y floculante .............................................. 77
Tabla 25. Grados de libertad ................................................................................. 80
Tabla 26. Frecuencias observadas ......................................................................... 81
x
Tabla 27. Frecuencias esperadas ........................................................................... 81
Tabla 28. Cálculo de chi cuadrado ........................................................................ 82
Tabla 29. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público ..................... 93
Tabla 30. Políticas establecidas en la gestión de residuos peligrosos y especiales 99
Tabla 31. Características de las Bombas ............................................................. 117
Tabla 32. Características del Motor Agitador ..................................................... 117
Tabla 33. Características del compresor a utilizarse ........................................... 118
Tabla 34. Características del variador de frecuencia ........................................... 118
Tabla 35. Descripción del equipo a utilizar......................................................... 119

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Diagrama Causa-Efecto ........................................................................... 6
Figura 2. Categorías Fundamentales ..................................................................... 20
Figura 3. Constelación de Ideas Variable Independiente. ..................................... 21
Figura 4. Constelación de Ideas Variable Dependiente ........................................ 22
Figura 5. Equipo de jarras y sus componentes. ..................................................... 29
Figura 6. Clasificación de las partículas sólidas contenidas en un agua residual
según su diámetro. ................................................................................................. 32
Figura 7. Área de Elaboración de Pega ................................................................. 44
Figura 8. Proceso de Elaboración de Pega ............................................................ 45
Figura 9. Porcentaje de respuesta a la existencia de un proceso de tratamiento a las
aguas residuales del proceso de elaboración de pega. ........................................... 46
Figura 10. Porcentaje de respuesta a la reutilización del agua residual en el proceso
de elaboración de pega. ......................................................................................... 47
Figura 11. Porcentaje de respuesta a la posibilidad de evacuación del agua residual
a la alcantarilla. ..................................................................................................... 48
Figura 12. Porcentaje de respuesta a la posibilidad de evacuación del agua residual
a la alcantarilla.. .................................................................................................... 49
Figura 13. Porcentaje de respuesta al tratamiento del agua residual ..................... 50
Figura 14. Porcentaje de respuesta al valor por kilogramo de agua tratada. ......... 51
Figura 15. Porcentaje de respuesta a la cantidad de agua residual producida
anualmente. ........................................................................................................... 52
Figura 16. Porcentaje de respuesta al costo del tratamiento del agua residual con el
costo de producción. ..............................................................................................
53
Figura 17. Porcentaje de respuesta al beneficio que podrá tener la implementación
de una planta de tratamiento de agua dentro de la empresa. ................................. 54
Figura 18. Porcentaje de respuesta al ahorro económico que se tendría con el
sistema de tratamiento de agua residual ................................................................ 55
Figura 19. Índice mensual de producción de agua residual en el 2017 ................. 57
Figura 20. Toma de muestras en el área de preparación de pega .......................... 59
Figura 21. Toma de muestras en el área de preparación de pega .......................... 59
file:///C:/Users/FREDDY/Desktop/Lety%20no%20borrar/A.LJORDAN/AVANCE%202018/DESARROLLO%20DE%20LA%20TESIS/FINAL%20DIC/TRIBUNAL/CORRECCION%20ING.TIGRE%20FINAL.docx%23_Toc536134561
xii
Figura 22. Símbolo de peligrosidad de artecola 2021 ........................................... 63
Figura 23. Símbolo de peligrosidad de artecola 2022 ........................................... 64
Figura 24. Símbolo de peligrosidad de arte prymer .............................................. 66
Figura 25. Tamaño típico de referencia para la evaluación de flocs ..................... 72
Figura 26. Muestra de agua inicial de agua residual ............................................. 73
Figura 27. Gráfica de la dosis óptima de coagulante ............................................ 75
Figura 28. Regresión lineal de la dosis óptima de coagulante .............................. 76
Figura 29. Resultados del ensayo de clarificación del agua residual. ................... 78
Figura 30. Diagrama de flujo de la Planta de tratamiento de aguas residuales ... 110
Figura 31. Descripción del Tanque de Acumulación de Agua Residual ............ 111
Figura 32. Descripción de proceso de coagulación de aguas residuales del proceso
de preparación de pega. ....................................................................................... 112
Figura 33. Proceso de floculación del agua residual del proceso de elaboración de
pega. .................................................................................................................... 114
Figura 34. Proceso de Sedimentación y recolección de lodos. ........................... 115
Figura 35. Dimensionamiento de Tanques agitados. .......................................... 116
Figura 36. Tanque agitado que se utilizará en los procesos ................................ 117

xiii
AGRADECIMIENTO

A Dios por brindarme la
oportunidad escalar un peldaño más
en mi vida profesional.
A mis Padres César + y Gloria por
enseñarme la perseverancia y
valentía.
A mi Esposo Freddy y mis hijos
Ricardo y Emilio por el amor y el
apoyo en este sueño.
A mis hermanos María, Luis, Jorge,
Giovanny, Moni, Gaby y Pauly por
estar conmigo siempre.
A la empresa Plasticaucho
Industrial y su Gerente de
Desarrollo Organizacional Andrés
Calderón por el apoyo brindado en
la elaboración y ejecución de este
proyecto.
Al Ingeniero Edisson Jordán por el
acompañamiento en la elaboración
del Proyecto de Titulación.

xiv
DEDICATORIA

A, mis hijos Ricardo y Emilio.

xv
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E
INDUSTRIAL
MAESTRÍA EN SEGURIDAD E HIGIENE INDUSTRIAL Y AMBIENTAL
TEMA:
“Sistema de coagulación-floculación a escala laboratorio y su eficiencia en el
tratamiento de aguas residuales provenientes del proceso de preparación de pega
para la elaboración de zapatos de cuero”
AUTOR: Ing. Leticia Alejandra Jordán Santamaría
DIRECTOR: Ing. Edisson Patricio Jordán Hidalgo, Mg.
FECHA: 23 de noviembre de 2018
RESUMEN EJECUTIVO
El desarrollo de este proyecto hace referencia a la problemática mundial,
nacional y local que existe por la contaminación y desperdicio del recurso agua,
situación que ha sido foco de investigaciones científicas nacionales e
internacionales y que infieren el análisis de las aguas residuales contaminadas y
adicional presenta capítulos establecidos para el proceso de investigación en el tema
del tratamiento de aguas a través de procesos de coagulación – floculación.

Se muestra la investigación del tratamiento de aguas residuales y la metodología
técnica desarrollada en su clarificación, el enfoque se da por el análisis del
problema, que involucra las aguas residuales industriales que se presentan en el área
de Preparación de Pega, además se señala las directrices que involucran el estudio
teórico-experimental. Mediante la encuesta se amplían los resultados cualitativos
de la hipótesis que se plantea.

Los métodos aplicados en el Área de Preparación de Pega de la Planta Calzado
Escolar de la Empresa Plasticaucho Industrial se utilizan para la caracterización de
sus aguas residuales y se encuentran valores de Demanda Biológica de Oxigeno
(DBO) de 4891,97 y de Demanda Química de Oxígeno (DQO) de 10780.

Los resultados cuantitativos señalan la concentración y tipo de reactivos
coagulantes como PRP 80 (4000ppm) y floculantes como el PHP 20 PLUS (12
ppm), que se aplican a las aguas residuales para obtener un 99.7% de remoción de
turbidez, como paso a la propuesta de los controles adecuados y mejoramiento del
medio ambiente; mediante la implementación de una Planta de tratamiento de
aguas, la secuencia metodológica ambiental es aplicada para el tratamiento de
efluentes se presentan análisis físico químicos con valores fuera del rango
establecido.
Descriptores: Tratamiento de aguas, coagulación-floculación, aguas residuales,
efluentes peligrosos, floculantes, coagulantes, plantas de tratamiento, aguas
contaminadas, residuos de pega, contaminación ambiental.
xvi
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E
INDUSTRIAL
MAESTRÍA EN SEGURIDAD E HIGIENE INDUSTRIAL Y AMBIENTAL
THEME:
“Coagulation-flocculation system at laboratory scale and its efficiency in the
treatment of wastewater from the process of preparation of glues for the
manufacture of leather shoes.”

AUTHOR: Ing. Leticia Alejandra Jordán Santamaria
DIRECTED BY: Ing. Edisson Patricio Jordán Hidalgo, Mg.
DATE: 23de noviembre de 2018
EXCECUTIVE SUMMARY
The development of this project refers to the global, national and local problems
that exist due to the contamination and waste of the water resource, a situation that
has been the focus of national and international scientific research and that infer the
analysis of contaminated wastewater and additional presents chapters established
for the research process in the topic of water treatment through coagulation -
flocculation processes.

It shows the research on wastewater treatment and the technical methodology
developed in its clarification, the approach is given by the analysis of the problem,
which involves the industrial wastewater that is presented in the area of Preparation
of Paste, besides the guidelines are indicated that involve theoretical-experimental
study. Through the survey, the qualitative results of the proposed hypothesis are
broadened.

The methods applied in the Area of Preparation of Paste of the School Footwear
Plant of the Plasticaucho Industrial Company are used for the characterization of
their wastewater and are values of Biological Demand of Oxygen (BOD) of 4891.97
and of Chemical Demand of Oxygen (COD) of 10780.

The quantitative results indicate the concentration and type of coagulant reagents
such as PRP 80 (4000ppm) and flocculants such as PHP 20 PLUS (12ppm), which
are applied to wastewater to obtain a 99.7% removal of turbidity, as a step to
proposal of adequate controls and improvement of the environment; Through the
implementation of a
water treatment plant, the environmental methodological
sequence is applied to the treatment of effluents, physical and chemical analysis is
presented with values outside the established range.
KeyWords: Water treatment, coagulation-flocculation, waste water, hazardous
effluents, flocculants, coagulants, treatment plants, contaminated water, glue
residues, environmental pollution.

1
INTRODUCCIÓN

El trabajo de investigación tiene como tema: Sistema de coagulación-
floculación a escala laboratorio y su eficiencia en el tratamiento de aguas residuales
provenientes del proceso de preparación de pega para la elaboración de zapatos de
cuero. Su importancia radica en la necesidad de implementar una Gestión
Ambiental de Tratamiento de Aguas Residuales en la Planta de Calzado Escolar,
Sección Montaje en el proceso de Preparación de Pega y así disminuir o controlar
el costo que implica incinerar los residuos peligrosos con gestores externos, además
generar una cultura de prevención de contaminación ambiental en suelo - agua y
adecuar las instalaciones para desarrollar el tratamiento de efluentes cumpliendo
con la normativa legal del país.

Está estructurado por capítulos:

EL CAPÍTULO 1, denominado el problema tiene la contextualización basada en
el Texto Unificado de Legislación Secundaria de Medio Ambiente (TULSMA) y la
problemática a nivel nacional y empresarial; este capítulo también explica el
análisis crítico que referencian las causas del problema, la prognosis que se enfoca
a las consecuencias , la formulación del problema , interrogantes de la investigación,
delimitación del objeto de la investigación, justificación y los objetivos generales y
específicos que forman un factor indispensable para el desarrollo del presente
proyecto.

EL CAPÍTULO II , estructurado por los antecedentes investigativos del proceso
de tratamiento de aguas mediante coagulación-floculación, que implica los análisis
realizados en los diferentes trabajos de investigación que se resaltan las
conclusiones importantes de cada uno de ellos. La Fundamentación filosófica,
tecnológica y legal; las categorías fundamentales, hipótesis y señalamiento de
variables forman el extracto investigativo que permite el desarrollo del análisis
científico.

EL CAPÍTULO III, explica la modalidad en la que se ha investigado el tema bajo
los diferentes niveles de consultoría y la operacionalizacion de la variable

2
dependiente e independiente que son factores importantes en el desarrollo de la
realización del proyecto.

EN EL CAPÍTULO IV, estructurado por los recursos, presupuesto y cronograma,
indica la trazabilidad en el desarrollo académico y económico. Al finalizar se indica
la bibliografía consultada para el desarrollo del proyecto y los anexos que han
generado el proyecto de investigación.

EL CAPÍTULO V, indica las conclusiones analizadas que permiten la
comprensión del proyecto y resume la teoría de los capítulos anteriores; adicional a
ello se indican las recomendaciones que se proponen para el mejoramiento del
Sistema de Gestión Ambiental.

EL CAPÍTULO VI, presenta la propuesta del investigador que permitirá
implementar las recomendaciones planteadas, señala la metodología y el diseño que
se debe adquirir para el desarrollo de la mismas. Incluye el análisis económico del
proceso en estudio.

CAPÍTULO I
EL PROBLEMA

1.1 Tema de Investigación

Sistema de coagulación - floculación a escala laboratorio y su eficiencia en el
tratamiento de aguas residuales, provenientes del proceso de preparación de pega
para la elaboración de zapatos de cuero.

1.2 Planteamiento del Problema

1.2.1 Contextualización

El mundo empresarial ha buscado avances tecnológicos para la recuperación de
aguas residuales producto de sus procesos industriales, con el fin de minimizar la
contaminación ambiental de cuerpos de agua dulce, que cada día son menores, pero
sobre todo reducir los gastos por tratamiento de residuos peligrosos que este proceso
trae consigo.

Debido a la escasez mundial de agua la comunidad científica a nivel
internacional realiza grandes esfuerzos enfocados a la búsqueda de soluciones que
permitan el tratamiento y la disposición de aguas residuales provenientes de
diversos procesos y la posibilidad de ser reutilizadas, (Véliz Lorenzo, Llanes Ocaña,
Fernández García, Bataller Venta, 2008).

En 1996 la demanda mundial de agua era de 5692 km3 /año, contra una oferta de
3745 km3 /año, en la actualidad la población es 5 veces mayor que hace 100 años;
el consumo de agua doméstica se ha multiplicado por 9 y el consumo de agua
industrial por 40 veces mayor, (Arango, 2004).

4
El re uso y la recirculación son parte de las estrategias de tratamiento de aguas;
sin embargo, es fundamental realizar tratamientos a las aguas residuales, con el fin
de satisfacer eficientemente el proceso, tener bajos costos y adicionalmente brindar
beneficios medio ambientales, (Arango, 2004).

La contaminación en el Ecuador aumenta cada día trayendo consigo destrucción
de cuerpos de agua dulce y contaminación ambiental. El escenario empresarial está
limitado por las constantes exigencias del cumplimiento de leyes ambientales en
inversiones de dinero.

Estas limitaciones han obligado al empresario ecuatoriano a buscar nuevas
soluciones que le permitan optimizar el uso del agua hasta el punto de tratarla para
poder enviarla al alcantarillado, cumpliendo con la normativa vigente.

En nuestro país las faltas de desarrollo de sistemas de tratamiento de agua han
ocasionado grandes contaminaciones y desastres ambientales, que involucran
disminución del agua dulce para consumo de la Población.

Las técnicas de tratamiento de aguas siempre han significado un costo muy alto
por el tema de aditivos que permitan la eliminación de impurezas contenidas. Todo
lo anterior sugiere la necesidad de investigar nuevos métodos, que tengas sistemas
compactos, con tiempos menores tiempos de retención y elevadas eficiencias en la
remoción de contaminantes, (Veliz, et al., 2010).

Las aguas residuales en su mayoría contienen partículas que permaneces en
suspensión por tiempos prolongados, algunas pueden atravesar filtros muy finos,
pero si su concentración es muy estable no tienden a aproximarse unas a otras, lo
que dificulta su tratamiento. Para la eliminación de estas partículas lo ideal es
utilizar sistemas de coagulación-floculación, con el fin de agruparlas y que su
eliminación sea fácil por medio de procesos de filtración o decantación, (Andía,
2000).

En la Empresa Plasticaucho Industrial, en la Planta de Producción Calzado
Escolar, en el proceso de Montaje de Calzado, la producción de Aguas Residuales

5
es elevada, ya que en las actividades de preparación de pega con base acuosa se
utiliza gran cantidad de agua, el agua contaminada es recogida en isotanques
evitando la contaminación por vertidos a la alcantarilla, sin embargo, el riesgo está
latente por alguna negligencia del personal encargado.

El incremento de producción de la línea Calzado Escolar ha llevado a una mayor
producción de aguas residuales en la Planta Plasticaucho Industrial, en la actualidad
el tratamiento ambiental al que se les somete es la Incineración, lo que implica altos
costos para la empresa.

El ministerio de ambiente, la aplicación de la legislación vigente y los altos
costos que tiene enviar a gestores calificados el agua residual contaminada, llevan
a como empresa buscar alternativas que permitan cumplir los requerimientos
legales y disminuir costos en el tratamiento de residuos, objetivo directo de esta
investigación.
De ahí los sistemas de floculación y coagulación aplicados al tratamiento de
aguas residuales brindan una opción económica y que se puede ampliar a un
tratamiento general de los diferentes tipos de aguas residuales industriales.

6
1.2.2 Diagrama Causa – Efecto

Elaborado por: La Investigadora.
1Gráfico # 1 Diagrama Causa - Efecto
Contaminación de aguas residuales en el proceso de preparación de pega para la elaboración de zapatos de cuero.

Deficiente
tratamiento agua
contaminada
Costosos
tratamientos de
gestión de residuos
incineración
Sanciones por parte
de la autoridad
ambiental

Gastos en
transporte de
residuos

Riesgo de derrame
Elevadas cantidades de
aguas residuales
almacenadas
No existen gestores
en la provincia
Constantes
inspecciones del
Ministerio de
Ambiente
Producción de aguas
residuales
Inexistentes sistemas de
coagulación-floculación
Efecto
Causa
Figura 1. Diagrama Causa-Efecto

7
1.2.3 Análisis Critico

La inexistencia de sistemas de coagulación-floculación a nivel empresarial en
los procesos productivos de elaboración de zapatos, ocasionan un deficiente
tratamiento de las aguas residuales que se obtienen.

A causa de las aguas residuales que se generan en la preparación de pega, el
empresario se ve obligado a disminuir el uso de pegas base solvente, pues los
procesos mencionados involucran una producción mayor de residuos peligrosos, y
como tal un incremento en los costos por tratamientos con gestores calificados,
quienes se encargan de incinerar dichos residuos.

Las constantes inspecciones de cumplimiento por parte del Ministerio de
Ambiente, focalizada en empresas grandes, genera estrés en el empresario, quien
por temor a una multa se ve obligado a pagar costosos tratamientos para gestionar
sus residuos peligrosos, adicional a esto se suman los costos por transporte de
residuos a otras provincias; los aspectos mencionados obligan al empresario a
guardar sus residuos y enviarlos al gestor en una forma trimestral, (Texto Unificado
de Legislación Secundaria de Medio Ambiente)

Las pocas opciones de tratamiento de aguas residuales son muy comunes en las
empresas de la Provincia, siendo este factor causa de que sus directivos decidan
invertir altas sumas de dinero en la incineración de residuos y en caso de los
pequeños empresarios decidan enviar sus aguas contaminadas a la alcantarilla.

En la realidad de hoy se puede encontrar empresas que almacenan grandes
cantidades de aguas residuales dentro de sus instalaciones, en sitios que han sido
adecuados para esto, todo esto dentro de la regulación que realiza el Ministerio de
Ambiente, a pesar de ello por las grandes cantidades almacenadas no se puede
minimizar del todo el riesgo de derrame y contaminación de suelo o de cuerpos de
agua, eventos que podrían traer consigo multas para el empresario hasta llegar al
límite de hacer efectiva las Garantías Bancarias que se solicitan como requisito para
obtener la Licencia Ambiental, que en el caso de las empresas de gran tamaño llegan

8
a involucrar elevadas cantidades de dinero, (Texto Unificado de Legislación
Secundaria de Medio Ambiente).

1.2.4 Prognosis

En caso de que Plasticaucho Industrial no tome medidas correctivas a este
problema la cantidad de aguas residuales llegará a un punto donde los costos de
tratamiento por transporte e incineración de residuos serán excesivamente altos al
tan nivel de afectar los costos de producción o a evaluar la opción de cambiar de
producto a uno que no sea base agua creando problemas de Salud Ocupacional en
sus empleados.

Por las cantidades excesivas almacenadas de aguas residuales en el área de
residuos peligrosos, se producirán efectos como: derrames que impliquen
contaminación de suelo o cuerpos de agua, altos costos de almacenamiento de
residuos por la necesidad de construir cubetos de contención de líquidos. Y el efecto
principal multas por parte de la Autoridad Ambiental y constantes inspecciones y
seguimientos, (Texto Unificado de Legislación Secundaria de Medio Ambiente).

El tratamiento de aguas residuales tiene un papel muy importante en la empresas
productoras de calzado, pues hay que considerar que en sus procesos se involucra
grandes cantidades de agua, sobre todo cuando se ha decidido dejar de lado las
pegas base solvente que son las causantes de varias afecciones respiratorias en el
trabajador, por lo que es muy importante encontrar el equilibrio entre la producción
de aguas contaminadas y su tratamiento que se apegue a las necesidades de la
empresa y al volumen de producción.

Si no se toma medidas de control, tratamiento y prevención en Plasticaucho
Industrial, se puede llegar al límite en que la producción de aguas residuales va
crecer hasta tal punto de necesitar la construcción de lugares más grandes de
almacenamiento, afectando de una manera sustancial el costo del producto.

Si la planta de Calzado Escolar dónde se realizará la investigación planteada, no
da solución inmediata al tratamiento de aguas residuales, lamentablemente

9
persistirá el estrés por las constantes inspecciones que realiza el Ministerio de
Ambiente y sobre todo por el temor a perder la garantía bancaria que la Empresa
mantiene en dicha institución, como aval del fiel cumplimiento a las normas
ambientales, (Texto Unificado de Legislación Secundaria de Medio Ambiente).

A diario dentro de la empresa se necesita de mayor gestión administrativa para
a disposición final de las aguas residuales, por cumplir los requerimientos que exige
la normativa y el Plan de Manejo Ambiental que tiene Plasticaucho, se genera estrés
en el personal puesto que toda la documentación que avala la producción, el
almacenamiento y el transporte al centro de acopio, son documentos auditables cada
dos años por Autoridad Competente, (Texto Unificado de Legislación Secundaria
de Medio Ambiente).

La seguridad y cuidado del agua deben ser parte principal de los procesos
productivos y no generar gastos excesivos que afecten de una manera sustancial el
costo del producto. Por todas estas razones el problema debe ser solucionado de
manera inmediata con el firme propósito de mejorar el tratamiento de residuos
peligrosos en la empresa. Es urgente que Plasticaucho Industrial tome en cuenta que
la mejor forma de tratar sus residuos está en diseñar un sistema de tratamiento de
aguas, dentro de sus instalaciones que permita una minimización en sus gastos por
tratamiento y transporte.

1.2.5 Formulación del Problema

 ¿Cuál es la eficiencia económica que genera el diseño de un sistema de
Coagulación-Floculación en el tratamiento de las aguas residuales, procedentes del
proceso de preparación de pega en la elaboración de zapatos de cuero?

1.2.6 Interrogantes

 ¿Existe un sistema coagulación-floculación a escala laboratorio para el
tratamiento de aguas residuales procedentes del proceso de preparación de pega
para la elaboración de zapatos de cuero que permitan cumplir los parámetros físico-

10
químicos del agua residual procedente del proceso de preparación de pega para la
elaboración de zapatos de cuero, para su evacuación a la alcantarilla?

 ¿Existe un tratamiento de agua residual eficiente para el proceso de preparación
de pega para la elaboración de zapatos de cuero?

 ¿Cuál es la cantidad mensual de agua residual que se obtiene en el proceso de
elaboración de pega?

 ¿Se puede establecer una alternativa de un sistema de Tratamiento de aguas
residuales procedentes del proceso de preparación de pega para la elaboración de
zapatos de cuero, para que cumplan con los parámetros ambientales de descarga a
la alcantarilla que permita una disminución del costo de
tratamiento actual?

 ¿Económicamente es eficiente el proceso coagulación - floculación a escala
laboratorio en para el tratamiento de aguas residuales procedentes del proceso de
elaboración de pega?

1.2.7 Delimitación del objetivo de investigación

 Campo: Medio Ambiente

 Área: Tratamiento de Aguas

 Aspecto: Riesgo Ambiental

 Espacial: Empresa Plasticaucho Industrial

 Temporal: Durante el año 2017

 Unidades de Observación: Aguas residuales de preparación de pega.

1.3 Justificación

La importancia en el tratamiento de aguas residuales radica en que la mayor parte
de procesos productivos en la elaboración de zapatos de cuero involucran el manejo
de agua, en especial para la preparación de pegas y adhesivos. En la actualidad las

11
exigencias técnicas y en general el mundo que se ve obligado a implementar
productos que cuiden la salud ocupacional de sus trabajadores (base agua), ha
provocado que las empresas, cambien la mayoría de sus materias primas de base
solvente a base agua, lo que lleva a una producción exagerada de aguas residuales
contaminadas. La investigación tiene como interés el investigar si es posible el
tratamiento de estas aguas mediante un sistema de Floculación-Coagulación, cuyas
pruebas se realizarán inicialmente a nivel laboratorio.

La problemática planteada aún no recibe la atención requerida dentro de las
empresas productoras de calzado, por eso la importancia de investigar y realizar
este proyecto, ya que sirve de base fundamental para brindar información, acerca
de los procesos de Floculación-Coagulación con la finalidad de evaluar su eficiencia
en el tratamiento de aguas y disminuir los costos por incineración de residuos que
se mantiene vigente las empresas, por tanto la utilidad será teórica y práctica.

En la actualidad existen varias investigaciones sobre sistemas de Coagulación-
Floculación y su uso en el tratamiento de aguas residuales, pero en cuanto al campo
de investigación sobre Aguas Residuales de pegas el avance es mínimo, motivo por
el cual este proyecto puede manifestarse con un nivel de originalidad, pretendiendo
mostrar la realidad innegable dentro de una de la empresa Productoras de calzado
más grande del país. Si bien es cierto, la producción de aguas residuales de pega en
un determinado nivel puede considerarse normal, pues muestra el avance
empresarial que tienen las Industrias al dejar atrás las pegas base solvente que
significan un alto factor de riesgo químico; por tal razón el impacto que tiene la
investigación mejora el ambiente de trabajo pues disminuye el riego químico y
disminuye el riesgo de contaminación al recurso agua y suelo.

Antes de realizar una investigación es necesario saber si se tienen los recursos
necesarios, institucionales, humanos, financieros, materiales y sobre todo la
motivación, el interés y tiempo de la Empresa Plasticaucho Industrial en este
proyecto que está encaminado a investigar la realidad interna de la misma, y
comprender cómo afecta este fenómeno a sus diversos ámbitos de producción, por
lo tanto, la investigación es completamente factible.

Para la elaboración de este proyecto se cuenta con el apoyo de la empresa
Plasticaucho Industrial, quienes con gran apertura brindan la información necesaria
para el éxito de la investigación planteada. Como parte esencial se tiene la
colaboración y disponibilidad de las Aguas residuales provenientes de la Planta de
Calzado Escolar, proceso preparación de pega, contribuyendo así con datos valiosos
para la obtención de buenos resultados que beneficiaran a la empresa.

1.4 Objetivos

1.4.1 General

 Evaluar la eficiencia del sistema de coagulación-floculación a escala laboratorio
para el tratamiento de las aguas residuales provenientes del proceso de preparación
de pega, para la elaboración de zapatos de cuero.

1.4.2 Específicos

 Definir los parámetros físico-químicos de agua residual proveniente del proceso
de elaboración de pega, para la elaboración de zapatos de cuero, que permitan su
evacuación directa a la alcantarilla, para alcanzar la eficiencia del proceso de
coagulación-floculación.

 Analizar la cantidad agua mensual que se produce en el proceso de elaboración
de pega.

 Realizar un análisis económico preliminar que permita evaluar la eficiencia del
proceso coagulación – floculación a escala laboratorio para el tratamiento de aguas
residuales procedentes del proceso de elaboración de pega.

 Establecer una alternativa para un sistema tratamiento de aguas residuales
procedentes del proceso de elaboración pega, para la elaboración de zapatos de
cuero para que cumplan con los parámetros ambientales de descarga a la
alcantarilla.

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes investigativos

Según, Kelly A. Reynolds, en su investigación realizada en 2002, “Tratamiento
de aguas residuales en Latinoamérica”, como promedio solo el 10% de aguas
residuales son sujetas a tratamiento y únicamente un 5% son eficientes. La meta es
tener un manejo efectivo de aguas residuales que de cómo resultado un efluente
listo para recirculación, reciclaje o que pueda descargarse a la alcantarilla de una
forma segura.

Según, Byron Giovanny Oña Pazmiño, David Ruperto Falconí Cerillo, 2013, en
su trabajo de investigación “Tratamiento avanzado de aguas residuales del proceso
de lavado y tinturado de jeans en la empresa mundo color, mediante
electrocoagulación”, los resultados muestran que una variable importante es el
tiempo de permanencia del agua durante el tratamiento ya que si es muy corto no
se forman los floculos y si es muy largo se incrementa el pH.

Según, Mayra Gabriela Buenaño Dávalos, 2015, en su trabajo de investigación
“Propuesta de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de una empresa
embasadora de leche del cantón Rumiñahui para que cumpla con la Normativa
Ambiental T.U.L.A.S”, menciona que en los monitoreos realizados los parámetros
que se encontraron fuera de norma son la Demanda Bilógica de Oxígeno (DBO), la
Demanda Química de Oxígeno (DQO), los sólidos sedimentables y los sólidos
suspendibles, además de coliformes. Parámetros que por los tratamientos de
coagulación disminuyeron de la siguiente forma: 23 % en el caso del DBO y el pH
de 12 a 7.84.

14
Según Juan Carlos Merino Jima, 2014, en su trabajo de investigación “La
Seguridad e Higiene Industrial y la calidad del Agua y su incidencia en la Gestión
de Riesgos Laborales y Ambientales en el centro de Faenamiento Ocaña” encontró
que lo más eficiente en el tratamiento de aguas residuales, fue someterlos a proceso
primario de Coagulación química y floculación con polímeros y como resultado se
obtuvo los siguientes valores 100 mg/l de DQO y 100 mg/l de DBO, cumpliendo
los parámetros que son exigidos por la Autoridad Ambiental.

Según Yolanda Andía, 2000, en su trabajo de investigación, “Tratamiento de
agua, Coagulación-Floculación”, la turbiedad y el color del agua, son
principalmente causadas por pequeñas partículas coloidales cuya concentración es
estable pero que no tienden a aproximarse unas a otras. El método para eliminar
estas partículas son los procesos de coagulación, floculación; usados de una manera
correcta ya que la producción de un floc muy pequeño produce una decantación
insuficiente. La cantidad de coagulante tiene influencia directa con la eficiencia de
la coagulación así, poca cantidad adicionada no neutraliza la carga de la partícula y
se obtiene un resultado de turbiedad alta; de igual forma mucha cantidad de
coagulante produce la inversión de la carga de la partícula y no se obtienen buenos
resultados en cuanto a turbiedad, como conclusión la cantidad optima se obtiene
mediante ensayos de laboratorio.
Según Fabiola Martínez, 2008, en su trabajo investigativo, “Tratamiento de
Aguas Residuales Industriales mediante electrocoagulación y Coagulación”,
menciona que en el tratamiento de aguas residuales industriales contaminadas con
macromoléculas orgánicas o emulsiones de aceite agua son susceptibles a ser
tratadas por coagulación cuya operación es dirigida a la desestabilización de los
contaminantes mediante la interacción con una sustancia reactiva que puede ser las
sales de aluminio (Al) y Hierro (Fe); esta operación se puede complementar con
una separación sólido-líquido (Flotación-Decantación). Un parámetro importante a
analizar es el pH (Potencial de Hidrogeno), ya que influencia el proceso de
disolución química de una manera importante de tal forma en que en valores de pH
alcalinos se incrementa la velocidad de disolución en varios órdenes de magnitud.

15
Según Antonio Rodríguez, en su trabajo de investigación realizado en 2016
indica que no hay reglas generales para evaluar la eficacia de un reactivo coagulante
para cada tipo de agua residual, lo ideal es hacer para cada agua industrial el ensayo
de Jarras (Jar test), mediante el cual se analiza la eficacia de los productos, así como
el pH y su dosificación. En los equipos de tratamiento se deben diferenciar dos
partes importantes, la primera que es dónde se adicionan los reactivos y se somete
el agua en tratamiento a una fuerte agitación, por un corto periodo de tiempo, para
así conseguir una buena y rápida mezcla de reactivos y coloide; de esta manera
tendremos una buena coagulación. La segunda parte consiste de una zona de
agitación moderada, donde el tiempo de permanencia es mayor, con el objetivo de
que se dé una buena floculación, que permita separar los contaminantes de una
forma eficiente.

Según Rosa Ramírez, Alfonso Durán, Arodí Bernal Martinez, Ma. Teresa Orta,
en su trabajo investigativo realizado en el año 2000 , “Proceso de Coagulación-
Floculación para el tratamiento de aguas residuales: desarrollo y utilización de
nuevos compuestos para la reducción de lodos”, se probó el procesos de
coagulación-floculación como un pre tratamiento en las aguas residuales
producidas en la ciudad de México, la parte medular de la investigación se centró
en evaluar la eficiencia de los procesos al utilizar productos nuevos o no
convencionales como reactivos, que se desarrollaron en Universidades locales.
Mediante este tratamiento se obtuvieron resultados buenos hasta el punto de que las
aguas tratadas eran óptimas para ser utilizadas en actividades de riego y de
jardinería.

Según Nelly Ríos, Ricardo Navarro, Mario Ávila, Eduardo Mendizábal, en su
investigación realizada en el 2006, “Obtención de sulfato quitosano y su aplicación
en el proceso de coagulación –floculación de suspensiones coloidales aniónicas de
caolinita”, en su estudio prueba su reactivo en la coagulación-floculación de
suspensiones modelo coloidales aniónicas de caolinita en el que se demuestra su
efectividad en medios ácidos, bajo la condición de pH en el rango de 3-6.

17
Instrumento Andino de Seguridad y Salud en el Trabajo. Decisión 584.

Artículo 11.- En todo lugar de trabajo se deberán tomar medidas tendientes a
disminuir los riesgos laborales. Estas medidas deberán basarse, para el logro de este
objetivo, en directrices sobre sistemas de gestión de la seguridad y salud en el
trabajo y su entorno como responsabilidad social y empresarial.

Para tal fin, las empresas elaborarán planes integrales de prevención de riesgos
que comprenderán al menos las siguientes acciones:

b. Identificar y evaluar los riesgos, en forma inicial y periódicamente, con la
finalidad de planificar adecuadamente las acciones preventivas, mediante sistemas
de vigilancia epidemiológica ocupacional específicos u otros sistemas similares,
basados en mapa de riesgos.
c. Combatir y controlar los riesgos en su origen, en el medio de transmisión y
en el trabajador, privilegiando el control colectivo al individual. En caso de que las
medidas de prevención colectivas resulten insuficientes, el empleador deberá
proporcionar, sin costo alguno para el trabajador, las ropas y los equipos de
protección individual adecuados;
e. Diseñar una estrategia para la elaboración y puesta en marcha de medidas de
prevención, incluidas las relacionadas con los métodos de trabajo y de producción,
que garanticen un mayor nivel de protección de la seguridad y salud de los
trabajadores;
Texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente.
Título V, Reglamento para la prevención y control de la contaminación por
sustancias químicas peligrosas, desechos peligrosos y especiales, sometido bajo
reformas del Acuerdo Ministerial No. 161 del 31 de Agosto del 2011.
Capítulo III, Sobre los Sistemas de Gestión de Sustancias Químicas Peligrosas,
Desechos Peligrosos y Especiales.
Art. 161. De los programas de gestión.- Los importadores, fabricantes y
formuladores de sustancias químicas peligrosas, están obligados a presentar ante la

18
Autoridad Ambiental Nacional para su aprobación, el programa de gestión que
contemple devolución-recolección, sistemas de eliminación y disposición final de
envases vacíos de sustancias peligrosas y productos caducados o fuera de
especificación, en un plazo máximo de ciento ochenta (180) días contados a partir
de la vigencia del Acuerdo Ministerial que establezca los mecanismos de aplicación
del principio de Responsabilidad Extendida de importadores o productores, de
conformidad a lo establecido en el Parágrafo III de este Libro.
Art.171. De los lugares para el almacenamiento de sustancias químicas
peligrosas.- Los lugares para Almacenamiento deberán cumplir con lo siguiente:

a) Ser lo suficientemente amplios para almacenar y manipular en forma segura
las sustancias químicas peligrosas, así como contar con pasillos lo suficientemente
amplios, que permitan el tránsito de montacargas mecánicos, electrónicos o
manuales, según aplique, así como el movimiento de los grupos de seguridad y
bomberos en casos de emergencia;

b) Estar separados de las áreas de producción que no utilicen sustancias químicas
peligrosas como insumo, servicios, oficinas, almacenamiento de residuos y/o
desechos y otras infraestructuras que se considere pertinente;

c) No almacenar sustancias químicas peligrosas con productos de consumo
humano y/o animal;

d) El acceso a los locales de almacenamiento debe ser restringido, únicamente
se admitirá el ingreso a personal autorizado provisto de todos los implementos
determinados en las normas de seguridad industrial y que cuente con la
identificación correspondiente para su ingreso;

e) El almacenamiento de sustancias químicas con propiedades radioactivas se
regirá a las normas técnicas establecidas por la Autoridad Nacional de Electricidad
y Energía Renovable o aquella que la reemplace, sin perjuicio de la obtención de la
regularización ambiental respectiva, conforme lo establecido en este Libro;

f) Contar con un equipo de emergencia y personal capacitado en la aplicación de
planes de contingencia;

g) Las instalaciones deben contar con pisos cuyas superficies sean de acabado
liso, continuo e impermeable o se hayan impermeabilizado, que sean resistentes
químicamente.

Sección II, Gestión Integral de los desechos peligrosos y especiales.
Art. 178. Control y cumplimiento de los requisitos establecidos para el transporte
de sustancias químicas peligrosas, la Autoridad Ambiental Nacional coordinará
acciones con las autoridades locales y nacionales competentes en materia de tránsito
y transporte terrestre, para lo cual se establecerán los mecanismos pertinentes.

El titular de las sustancias
químicas peligrosas está obligado a mantener las guías
de remisión de cada movimiento por un periodo de 6 años, para efectos de control
y fiscalización.
Parágrafo I, De la Generación
Art. 184 Del incumplimiento. - La Autoridad Ambiental Nacional iniciará los
procedimientos administrativos sancionatorios establecidos en este Libro y las
acciones legales correspondientes en caso de incumplimiento de las disposiciones
establecidas en este parágrafo.

20
2.4 Categorías Fundamentales
2.4.1 Red de inclusiones conceptuales

Figura 2. Categorías Fundamentales Elaborado por: La Investigadora
Elaborado por: La Investigadora
Prueba de Jarras
Floculación
Teoría de la
coagulación
Sistema de
Coagulación
-Floculación
Análisis económico en el
tratamiento de aguas residuales
Características Químicas y
Físicas
Aguas Residuales
Eficiencia en el
tratamiento de
aguas residuales
INCIDE
VARIABLE INDEPENDIENTE VARIABLE DEPENDIENTE

Figura 3. Constelación de Ideas Variable Independiente.
Elaborado por: La Investigadora.
Sistema de
Coagulación
-Floculación
Evaluación de
Aditivos
químicos
Seguridad e Higiene
laboral en pruebas
de laboratorio
Eficiencia de
aditivos
químicos
Calidad del agua
residual
Diseño de
pruebas
piloto
Equipo de
protección
Parámetros
Físico-
Químicos
Evaluación de
la descarga al
alcantarillado
Requisitos
fisico-
químicos
Preparación
de pega
Floculantes-
Coagulantes
Dosis de
floculantes y
coagulantes

Figura 4. Constelación de Ideas Variable Dependiente
Elaborado por: La Investigadora.
Eficiencia en el
tratamiento de
aguas residuales
Costos de
reactivos
Coagulantes-
floculantes
Evaluación de
producción de
agua residual
Mecanismos
de Tratamiento
Flotación-
Coagulación
Tratamiento
de aguas
residuales
Costos de
tratamiento

16
Según Almagro Ana, Esparza Sylvia, en su investigación en el año 2015,
“Diseño de un sistema de gestión de agua potable de agua potable, alcantarillado y
residuos sólidos en la Parroquia Cuyuja Napo”, el tratamiento a ser impuesto a las
aguas residuales depende de la calidad de agua de alimentación y principalmente
de su caracterización físico-química, pero en la mayoría de casos involucra un
tratamiento por coagulación.

2.2 Fundamentación filosófica

El presente trabajo de investigación se fundamenta en el paradigma critico-
propositivo, ya que el investigador parte de un problema real, como es la
caracterización de las aguas residuales, la que se enfoca a los problemas que implica
su tratamiento a nivel ambiental, los cuales son afectados por diferentes aspectos
como la normativa ambiental, el riesgo químico, riesgos de contaminación de aire,
agua y suelo.

Mediante una visión general se denota el riesgo ambiental en la que se encuentra
la Planta Plasticaucho Industrial y de ahí la importancia de la investigación de la
que se obtienen datos necesarios para determinar el tratamiento adecuado, para las
aguas residuales de pega.

2.3 Fundamentación Legal

La investigación se sustenta en una estructura legal contemplada en:
Constitución del Ecuador 2008, De acuerdo a la asamblea constituyente:
Articulo 326, numeral 5 (2008) “Toda persona tendrá derecho a desarrollar sus
labores en un ambiente adecuado y propicio, que garantice su salud, integridad,
seguridad, higiene y bienestar”.

Artículo 86. Literal 2.- La prevención de la contaminación ambiental, la
recuperación de los espacios naturales degradados, el manejo sustentable de los
recursos naturales y los requisitos que para estos fines deberán cumplir las
actividades públicas y privadas.

23
2.4.2 Marco conceptual variable independiente

 Sistema de Coagulación-Floculación

La presencia en el agua de algún tipo de sustancias sólidas constituye la fuente más
importante de contaminación. La eliminación de estas sustancias ayuda a evitar un gran
número de inconvenientes como obstrucción de conducciones, abrasión de equipos,
desgaste de materiales, entre otros. En el caso de aguas de abastecimiento o de vertidos
se debe cumplir la reglamentación ambiental, (Degremont, 1979).

El agua puede contener una variedad de impurezas solubles e insolubles, entre estas
últimas se mencionan las partículas coloidales quienes presentan una carga superficial
negativa, que impiden que las partículas se aproximen unas a otras y que las lleva a
permanecer en un medio estable. Para la remoción de estas partículas se debe alterar
algunas características del agua a través de los procesos de coagulación, sedimentación
y filtración, (Degremont, 1979).

 Coagulación

La coagulación puede entenderse como la desestabilización eléctrica de algunas
partículas mediante la adición de sustancias químicas llamadas coagulantes. La
operación se efectúa en tanques de mezcla rápida en los que mediante una agitación
intensa se forma una solución homogénea de los coagulantes con el agua en el menor
tiempo posible, (Restrepo,2009).

El proceso de coagulación es usado en procesos como:

 Remoción de turbiedad orgánica e inorgánica que no se puede sedimentar en una
forma rápida.
 Remoción de color verdadero y aparente.
 Eliminación de virus, bacterias y organismos patógenos.

24
Para la evaluación de este proceso es necesario revisar las características físico-
químicas del agua, la dosis de coagulante, la concentración de coagulante, el punto de
aplicación del coagulante, la intensidad y el tiempo de mezcla y el tipo de dispositivo
de mezcla, (Restrepo, 2009).

 Teoría de la Coagulación

Las partículas que forman la turbiedad y el color de las aguas, tienen cargas
eléctricas que normalmente son negativas, adicional a ellas se tienen cargas positivas
que permiten afirmar que las soluciones son eléctricamente neutras. Las cargas
eléctricas de las partículas generan fuerzas de repulsión entre ellas, lo que permite que
se mantengan suspendidas y separadas en el agua. Esta es la razón por la que dichas
partículas no se sedimentan, (Andía, 2000).

El conjunto de estas partículas se denomina un sistema coloidal, formada por una
doble capa de iones, el que es sometido a un potencial en la superficie inferior del doble
lecho, denominado potencial Z. Este potencial tiene un valor crítico por encima del
cual los coloides son estables, por debajo de este, la repulsión en las partículas se ve
reducido a un grado en el que chocando con cierta velocidad pueden unirse y flocular,
(Arango, 2005).

El problema de la coagulación consiste en disminuir el potencial Z, con la aplicación
de los siguientes métodos:

 Coagulación por neutralización de la carga: Este método se aplica cuando los coloides
de diferentes signos se mezclan en el agua. Es lo que sucede cuando se agrega sales de
hierro al agua. (Arango, 2005)

 Coagulación por disminución del espesor de la doble capa (distancia d): Al
incrementarse la concentración de iones en el agua, la “distancia d” disminuye, hasta
hacer el valor del potencial Z inferior al punto crítico, (Arango, 2005).

La desestabilización se efectúa mediante una serie de reacciones químicas que aún
no se han podido explicar, dentro de estas reacciones se encuentran las que incluyen
una variación de alcalinidad. Además algunas de estas reacciones producen 𝐶𝑂2, cuyo
efecto incluye un incremento de la acidez del agua y por consiguiente la diminución
del pH, (Arango, 2005).

 Factores que influyen en la coagulación

 Valencia: entre mayor sea la valencia del ion, mejora
la efectividad del coagulante.

 Capacidad del cambio: Es una medida de la tendencia a reemplazar cationes con baja
valencia por otros que tengan una mayor valencia, creando una desestabilización y
aglomeración de partícula en una forma muy acelerada.

 Tamaño de las partículas: Las partículas deben tener un diámetro menor a una micra,
si tienen el diámetro entre una y cinco micras, sirven como núcleos de floc, pero si el
diámetro supera las 5 micras son demasiado grandes para ser incorporadas en el floc.

 Temperatura: La temperatura cambia el tiempo de formación de floc, mientras más
fría esté el agua, ocurre una reacción más lenta y se incrementa el tiempo de formación
del floc.

 Concentración de iones 𝐻∗ o pH: Para cada coagulante existe al menos una zona de
pH óptima en la que existe una buena floculación en un tiempo menor y con la misma
cantidad de coagulante.

 Relación cantidad-tiempo: La cantidad de coagulante es inversamente proporcional
al tiempo de formación del floc.

26
 Alcalinidad: La alcalinidad tiene una estrecha relación con el pH y por lo tanto el
contenido de alcalinidad del agua es un factor importante a tener en cuenta en la
coagulación, (Ramírez, Duran, Martínez y Orta, 2010).

 Clases de coagulantes

Los coagulantes que se utilizan comúnmente son los siguientes:

 Sales de Aluminio: Forman un floc ligeramente pesado, las más conocidas son
Sulfato de Aluminio, Sulfato de Aluminio Amoniacal y Aluminato Sódico, estas sales
son usadas comúnmente por su bajo costo.

 Sales de Hierro: Se usa el cloruro férrico y los sulfatos de hierro férrico y ferroso,
tienen la característica de formar un floc más pesado y con mayor velocidad de
asentamiento que las sales de aluminio.

 Polímeros y electrolitos: Son compuestos complejos que se caracterizan por su alto
peso molecular y se utilizan no propiamente como coagulantes sino como ayudantes
de la coagulación. Una de las ventajas de estos polímeros es que se utiliza en
concentraciones bajas lo que implica menos costo en el tratamiento. Son usados en su
mayoría ya que producen menores cantidades de lodos y adicional a ellos los lodos son
más fácilmente tratables, (Morales,2010).

 Floculación

La floculación se basa en la aglomeración de las partículas que fueron
desestabilizadas durante la coagulación, mediante una agitación controlada que permite
formar otras de mayor tamaño y peso específico denominados flóculos.

El peso específico debe ser superior al del agua y se debe compactar los floculos
para disminuir su grado de hidratación con el fin de producir baja concentración

27
volumétrica, lo que produce una alta eficiencia en los procesos posteriores de
sedimentación y filtración.

 Cinética de la Floculación

En cuanto se agregan reactivos coagulantes a una suspensión coloidal se inicia una
serie de reacciones hidrolíticas, cuyo objetivo es adherir iones a la superficie de las
partículas presentes en la suspensión, de esta forma estas tienen la oportunidad de
unirse por sucesivas colisiones hasta formar floculos que crecen con el tiempo.
(Gurdian y Coto, 2011)

La velocidad con que esto ocurre depende del tamaño de las partículas con relación
al estado de agitación del líquido, de la concentración de las mismas y de su grado de
desestabilización, que es quien permite que incrementar la efectividad de las colisiones
para producir adherencia, (Gurdián y Coto, 2011).

Los contactos pueden efectuarse por dos modos distintos:

 Floculación Pericinética: El contacto se da por bombardeo de las partículas
producidas por el movimiento de las moléculas del líquido (movimiento browniano),
que únicamente influye en partículas que tienen tamaños menores a un micrón y actúa
únicamente al inicio del proceso, durante los 6 a 10 segundos y es independiente del
tamaño de partícula.

 Floculación Ortocinética: En este proceso el contacto se da por turbulencia del
líquido, la misma que causa el movimiento de las partículas a diferentes velocidades y
direcciones, lo cual aumenta la probabilidad de colisión, es efectivo únicamente para
partículas mayores a un micrón durante el proceso de agitación que varía entre 20 a 30
min, (Gurdián y Coto, 2011).

28
 Factores que influyen en la floculación

 Concentración y naturaleza de las partículas: La velocidad de formación de floc es
proporcional a la concentración de partículas en el agua y del tamaño inicial de las
mismas.

 Tiempo de detención: La velocidad de aglomeración de las partículas es proporcional
al tiempo de detención, debe estar lo más cerca posible al óptimo determinado por
medio del ensayo de jarras, esto se consigue dividiendo la unidad de floculación en
cámaras. Se puede afirmar que una eficiencia dada, se obtiene en tiempos cada vez
menores a medida que se incrementa el número de cámaras de floculación en serie,
cuyo número no puede exceder de 3.

 Gradiente de velocidad: Es un factor proporcional a la velocidad de aglomeración de
las partículas, existe un límite máximo que no debe ser superado con el fin de evitar el
rompimiento del floc. El valor que debe tener el gradiente a través de las cámaras debe
ser decreciente y no se deben tener cámaras intermedias con gradientes elevados, (Solís
et al.,2011).

 Prueba de Jarras

El proceso de coagulación química y la dosificación apropiada de los reactivos
deben ser seleccionadas por la simulación del paso de clarificación en un laboratorio a
escala. La prueba de jarras es la que mejor simula la química de la clarificación y la
operación que se lleva a cabo. Consiste en un arreglo simple de vasos de precipitado y
paletas permite comparar varias combinaciones químicas, las mismas que están sujetas
a condiciones hidráulicas similares, (Solís et al., 2011).

Esta prueba se realiza con el objetivo de determinar la concentración óptima de
coagulante necesaria para obtener un floc con las mejores características, en el proceso
de coagulación-floculación. Esta técnica nos permite determinar la dosis efectiva y
económica para una intensidad y duración de mezclado particular, esta técnica utiliza

29
una serie de mezcladores rotacionales a escala laboratorio, con el fin de conseguir el
mezclado uniforme de varias muestras simultáneamente, hasta que sea posible ajustar
hasta igualar los gradientes de velocidad a escala de planta para floculación y mezclado
rápido. Debido a que la disociación del agente coagulante produce una serie de
reacciones en equilibrio químico, su desempeño depende del pH, en el caso de las sales
de aluminio la formación de flóculos ocurre en un intervalo de pH, entre 6 y 8, (Schulz
y Okun, 1998).

Además de los agentes convencionales que se basan en sales metálicas, se emplean
polímeros utilizados como coadyuvantes de coagulación, los cuales pueden ser,
naturales y sintéticos. Los polielectrolitos naturales importantes incluyen polímeros de
origen biológico, y los derivados del almidón, de la celulosa y alginatos; estos se
clasifican según el tipo de carga al momento de introducirlos en el agua (negativos,
positivos o neutros), se clasifican en polielectrolitos aniónicos catiónicos y no iónicos
respectivamente, (Tatsi, et al. 2003).

Figura 5. Equipo de jarras y sus componentes.
Fuente: (Tatsi, et al. 2003)
La acción de los polielectrolitos se divide en tres categorías generales:

 En la primera los polielectrolitos actúan cómo coagulantes disminuyendo las cargas
de las partículas, en caso de que las mismas estén cargadas negativamente, se emplea
polielectrolitos catiónicos, con la observación de que se los considera como
coagulantes primarios.

 La segunda es la formación de puentes entre las partículas, aquí los polímeros
aniónicos
y no iónicos, se adhieren a un número de puntos de adsorción de la superficie
de las partículas presentes en el efluente sedimentado.

 El tercer tipo, se clasifica como una acción de coagulación-floculación de puentes
que resulta al emplear polielectrolitos catiónicos de alto peso molecular,
(Tchobanoglous, et al. 2003).

 El Potencial Z

El coloide negativo y su atmósfera cargada en forma positiva produce un potencial
eléctrico relativo a la solución, el potencial z alcanza su máximo valor en la superficie
y va disminuyendo con en forma gradual con la distancia, hasta aproximarse hasta cero
fuera de la capa difusa.

El potencial z puede ser una manera efectiva de controlar el coloide puesto que
indica cambios en el potencial de la superficie y en las fuerzas de repulsión entre los
coloides.

Marco conceptual variable dependiente

 Aguas Residuales

Las aguas naturales o residuales contienen sustancias tanto disueltas como en
suspensión que puede ser de naturaleza orgánica e inorgánica y pueden tener un tamaño
y densidad que permita su eliminación únicamente con un proceso de sedimentación,

31
pero algunas partículas tienen un tamaño tan pequeño y tienen una carga eléctrica
superficial, que las hace repelerse continuamente, impidiendo que puedan aglomerarse
y formar una partícula con un mayor tamaño que permita su sedimentación, (Acosta,
2016) .

 Características de las Aguas Residuales

Estas características de las aguas residuales son parámetros importantes que
permiten diseñar el proceso de tratamiento, así como para la gestión técnica de calidad
ambiental.

 Características Físicas

Temperatura: La temperatura de las aguas residuales es mayor que la de las aguas no
contaminadas, debido a la energía liberada como producto de las reacciones
bioquímicas, que se presentan en la degradación de la materia orgánica. Las descargas
calientes son una causa adicional de este cambio de temperatura, (Vives, 2003).

Turbidez: La turbidez es la medida de la propiedad de transmisión de la luz del agua,
es un ensayo adicional usado que permite indicar la calidad de los vertidos de aguas
residuales con respecto a la materia suspendida, (Vives, 2003).

Color: El color es un indicativo que marca la edad de las aguas residuales, cuando el
agua residual es reciente tiene un color gris, sin embargo, a medida que los
componentes orgánicos son descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto en el
agua residual se reduce y cambia a color negro, (Vives, 2003).

Olor: El olor es la consecuencia de los gases que produce la descomposición de la
materia orgánica, sobre todo a la presencia de ácido sulfhídrico y algunas sustancias
volátiles adicionales, el olor se agudiza a medida que pasa el tiempo del agua residual,
(Vives, 2003).

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Sólidos Totales: Los sólidos totales presentes en el agua residual se dividen en sólidos
suspendidos y en sólidos filtrables. Los sólidos suspendidos, son las partículas
flotantes, como trozos de basura, en general los que son susceptibles de ser separadas
del líquido por medios físicos sencillos, en esta clase de sólidos se puede distinguir los
sólidos que sedimentables, quienes nos permitirán aproximar la cantidad que se puede
recuperar por sedimentación, (Vives, 2003).

Los sólidos filtrables, están compuestos por sólidos coloidales y sólidos disueltos, en
la fracción coloidal están las partículas con un diámetro aproximado que oscila entre
103 y una micra, esta fracción no puede eliminarse por sedimentación. Los sólidos
disueltos se componen de moléculas orgánicas, moléculas inorgánicas e iones que se
encuentran disueltos en el agua, por lo general se requiere una coagulación seguida de
una sedimentación para eliminar estas partículas en suspensión, (Olivos, 2010).

Figura 6. Clasificación de las partículas sólidas contenidas en un agua residual según
su diámetro.
Fuente: Olivos, 2010

 Características Químicas

Las características químicas vienen dadas en función de los contaminantes que
ingresan al agua contaminadas.

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 Materia Orgánica:

La materia orgánica tiene una composición de un 90% de carbohidratos, proteínas,
grasas y aceites provenientes de excrementos y detergentes, (Olivos, 2010).

Estos contaminantes son biodegradables, es decir tienen la posibilidad de ser
transformados en compuestos más simples por la acción de microorganismos naturales
presentes en el agua, cuyo desarrollo es favorecido por las condiciones de temperatura
y nutrientes de las aguas residuales, (Olivos, 2010).

El agua residual contiene también pequeñas cantidades de moléculas orgánicas
sintéticas como agentes tensos activos, fenoles y pesticidas usados.

Materia Inorgánica: Se incluyen en este grupo todos los sólidos que tienen un origen
mineral, entre estos están, sales minerales, arcillas, lodos, arenas y gravas no
biodegradables. En la tabla 1 se presenta la relación entre algunos constituyentes
inorgánicos y el agua residual, (Olivos, 2010).

Gases: Las aguas residuales contienen gases a diferentes concentraciones, entre ellos
están:
Oxígeno disuelto: es el más importante y se consume por la actividad química y
biológica, la presencia de oxígeno disuelto evita la formación de olores desagradables.
La cantidad de oxígeno disuelto depende de muchos factores, como temperatura,
altitud, movimientos del curso receptor, actividad biológica y actividad química.

Ácido Sulfhídrico: se forma por la descomposición de la materia orgánica que contiene
azufre o por la reducción de sulfitos y sulfatos minerales, genera olores que se
incrementan con la evolución del agua residual.

Anhídrido Carbónico: se produce por la fermentación de los compuestos orgánicos de
las aguas residuales negras.

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Metano: se forma en la descomposición anaerobia de la materia orgánica por la
reducción bacteriana del CO2, (Olivos, 2010).

Tabla 1. Relación entre algunos constituyentes inorgánicos y el agua residual
ELEMENTO RELACIÓN CON EL AGUA RESIDUAL
Hidrógeno Ph
El intervalo de concentración idóneo para la existencia de
la mayoría de la vida biológica es muy estrecho y crítico,
el agua residual que tiene una concentración adversa de ion
hidrógeno es difícil de tratar por medios biológicos, en
general el pH óptimo para el crecimiento de los organismos
está entre 6,5 y 7,5.
Cloruros
Proceden de la disolución de suelo y rocas que los
contienen y que están en contacto con el agua, intrusión del
agua salada, agua residual doméstica, agrícola e industrial,
suministra información sobre el grado de concentración del
agua residual.
Nitrógeno
Nutriente esencial para el crecimiento de protistas y
plantas, básico para síntesis de proteínas.
Fosforo
Incrementa la tendencia de proliferación de algas en el
receptor, íntimamente ligado al igual que el nitrógeno al
problema de la eutrofización.
Azufre
Requerido en la síntesis de las proteínas y liberado en su
degradación.
Fuente: (Olivos, 2010)

 Demanda Química de Oxígeno (DQO)

Es la cantidad de oxígeno requerida para oxidar químicamente los materiales
orgánicos presentes en una muestra de agua, esta oxidación degrada el material
orgánico biodegradable y no biodegradable, (Olivos, 2010).

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 Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)

El parámetro de la polución orgánica más utilizado y aplicable a las aguas residuales
y superficiales es la DBO a los 5 días (DBO5). Supone esta determinación la medida
del oxígeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación bioquímica de
materia orgánica biodegradable. La medida de la DBO es importante en el tratamiento
de aguas residuales y para la gestión técnica de la calidad de agua porque utiliza para
determinar la cantidad aproximada

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